WIXLIB

1.3 Organização dos ComputadoresIndependentemente das diferenças no aspecto físico, praticamente todos oscomputadores podem ser considerados como divididos em seis unidades lógicas ouseções. São elas:1. Unidade de entrada (input unit). Esta é a seção de "recepção" do computador. Elaobtém as informações (dados e programas de computador) dos vários dispositivos deentrada (input devices) e as coloca à disposição de outras unidades para que possam serprocessadas. A maior parte das informações é fornecida aos computadores atualmenteatravés de teclados como os de máquinas de escrever.2. Unidade de saída (output unit). Esta é a seção de "expedição" do computador. Elaleva as informações que foram processadas pelo computador e as envia aos váriosdispositivos de saída (output devices) para torná-las disponíveis para o uso no ambienteexterno ao computador. A maioria das informações é fornecida pelo computador atravésde exibição na tela ou impressão em papel.3. Unidade de memória (memory unit). Este é a seção de "armazenamento" docomputador, com acesso rápido e capacidade relativamente baixa. Ela conserva asinformações que foram fornecidas através da unidade de entrada para que possam estarimediatamente disponíveis para o processamento quando se fizer necessário. A unidadede memória também conserva as informações que já foram processadas até que sejamenviadas para os dispositivos de saída pela unidade de saída. Freqüentemente a unidadede memória é chamada de memória (memory), memória principal ou memória primária(primary memory).4. Unidade aritmética e lógica (arithmetic and logic unit, ALU). Esta é a seção de"fabricação" do computador. Ela é a responsável pela realização dos cálculos comoadição, subtração, multiplicação e divisão. Ela contém os mecanismos de decisão quepermitem ao computador, por exemplo, comparar dois itens da unidade de memóriapara determinar se são iguais ou não.5. Unidade central de processamento, UCP (central processing unit, CPU). Esta é aseção "administrativa" do computador. Ela é o coordenador do computador e oresponsável pela supervisão do funcionamento das outras seções. A CPU informa àunidade de entrada quando as informações devem ser lidas na unidade de memória,informa à ALU quando as informações da unidade de memória devem ser utilizadas emcálculos e informa à unidade de saída quando as informações devem ser enviadas daunidade de memória para determinados dispositivos de saída.6. Unidade de memória secundária (secondary storage unit). Esta é a seção de"armazenamento" de alta capacidade e de longo prazo do computador. Os programas oudados que não estiverem sendo usados ativamente por outras unidades são colocadosnormalmente em dispositivos de memória secundária (como discos) até que sejam outravez necessários, possivelmente horas, dias, meses ou até mesmo anos mais tarde.

1.4 Processamento em Lotes (Batch Processing),Multiprogramação e Tempo Compartilhado (Timesharing)Os primeiros computadores eram capazes de realizar apenas um trabalho outarefa de cada vez. Esta forma de funcionamento de computadores é chamadafreqüentemente de processamento em lotes de usuário único. O computador executa umúnico programa de cada vez enquanto processa dados em gru pos ou lotes (batches).Nesses primeiros sistemas, geralmente os usuários enviavam suas tarefas ao centrocomputacional em pilhas de cartões perfurados. Freqüentemente os usuários precisavamesperar horas antes que as saídas impressas fossem levadas para seus locais de trabalho.À medida que os computadores se tornaram mais poderosos, tornou-se evidenteque o processamen to em lotes de usuário único raramente utilizava com eficiência osrecursos do computador. Em vez disso, imaginava-se que muitos trabalhos ou tarefaspoderiam ser executados de modo a compartilhar os re cursos do computador e assimconseguir utilizá-lo melhor. Isto é chamado multiprogramação. A multiprogramaçãoenvolve as "operações" simultâneas de muitas tarefas do computador — o computa dorcompartilha seus recursos entre as tarefas que exigem sua atenção. Com os primeirossistemas de multiprogramação, os usuários ainda enviavam seus programas em pilhasde cartões perfurados e espe ravam horas ou dias para obter os resultados.Nos anos 60, vários grupos de indústrias e universidades foram pioneiros nautilização do conceito de timesharing (tempo compartilhado). Timesharing é um casoespecial de multiprogramação no qual os usuários podem ter acesso ao computadoratravés de dispositivos de entrada/saída ou terminais. Em um sistema computacionaltípico de timesharing, pode haver dezenas de usuários compartilhando o computador aomesmo tempo. Na realidade o computador não atende a todos os usuáriossimultanea mente. Em vez disso, ele executa uma pequena parte da tarefa de umusuário e então passa a fazer a tarefa do próximo usuário. O computador faz isto tãorapidamente que pode executar o serviço de cada usuário várias vezes por segundo.Assim, parece que as tarefas dos usuários estão sendo executadas simultaneamente.

1.5 Computação Pessoal, Computação Distribuída eComputação Cliente/ServidorEm 1997, a Apple Computer tornou popular o fenômeno da computação pessoal.Inicialmente, isto era um sonho de quem a tinha como um hobby. Computadorestornaram-se suficientemente baratos para serem comprados para uso pessoal oucomercial. Em 1981, a IBM, a maior vendedora de computadores do mundo, criou oIBM PC (Personal Computer, computador pessoal). Do dia para a noite, literalmente, acomputação pessoal se tornou comum no comércio, na indústria e em organizaçõesgovernamentais.Mas esses computadores eram unidades "autônomas" — as pessoas faziam suastarefas em seus próprios equipamentos e então transportavam os discos de um lado paraoutro para compartilhar as informações. Embora os primeiros computadores pessoaisnão fossem suficientemente poderosos para serem compartilhados por vários usuários,esses equipamentos podiam ser ligados entre si em redes de computadores, algumasvezes através de linhas telefônicas e algumas vezes em redes locais de organizações.Isto levou ao fenômeno da computação distribuída, na qual a carga de trabalhocomputacional de uma organização, em vez de ser realizada exclusivamente em umainstalação central de informática, é distribuída em redes para os locais (sites) nos quaiso trabalho real da organização é efetuado. Os computadores pessoais eramsuficientemente poderosos para manipular as exigências computacionais de cadausuário em particular e as tarefas básicas de comunicações de passar as informaçõeseletronicamente de um lugar para outro.Os computadores pessoais mais poderosos de hoje são tão poderosos quanto osequipamentos de milhões de dólares de apenas uma década atrás. Os equipamentosdesktop (computadores de mesa) mais poderosos — chamados workstations ou estaçõesde trabalho — fornecem capacidades enormes a usuários isolados. As informações sãocompartilhadas facilmente em redes de computadores onde alguns deles, os chamadosservidores de arquivos (file servers), oferecem um depósito comum de programas edados que podem ser usados pelos computadores clientes (clients) distribuídos ao longoda rede, daí o termo computação cliente/servidor. O C e o C tornaram-se aslinguagens preferidas de programação para a criação de software destinado a sistemasoperacionais, redes de computadores e aplicações distribuídas cliente/servidor.

1.6 Linguagens de Máquina, Linguagens Assembly eLinguagens de Alto NívelOs programadores escrevem instruções em várias linguagens de programação,algumas entendidas diretamente pelo computador e outras que exigem passosintermediários de tradução. Centenas de linguagens computacionais estão atualmenteem uso. Estas podem ser divididas em três tipos gerais:1. Linguagens de máquina2. Linguagens assembly3. Linguagens de alto nívelQualquer computador pode entender apenas sua própria linguagem de máquina.A linguagem de máquina é a "linguagem natural" de um determinado computador. Elaestá relacionada intimamente com o projeto de hardware daquele computador.Geralmente as linguagens de máquina consistem em strings de números (reduzidos emúltima análise a ls e Os) que dizem ao computador para realizar uma de suas operaçõesmais elementares de cada vez. As linguagens de máquina são dependentes de máquina(não-padronizadas, ou machine dependent), i.e., uma determinada linguagem demáquina só pode ser usada com um tipo de computador. As linguagens de máquina sãocomplicadas para os humanos, como se pode ver no trecho seguinte de um programa emlinguagem de máquina que adiciona o pagamento de horas extras ao salário base earmazena o resultado no pagamento bruto. 1300042774 1400593419 1200274027À medida que os computadores se tornaram mais populares, ficou claro que aprogramação em linguagem de máquina era simplesmente muito lenta e tediosa para amaioria dos programadores. Em vez de usar strings de números que os computadorespodiam entender diretamente, os programadores começaram a usar abreviaçõesparecidas com palavras em inglês para representar as operações elementares de umcomputador. Estas abreviações formaram a base das linguagens assembly. Foramdesenvolvidos programas tradutores, chamados assemblers, para converter programasem linguagem assembly para linguagem de máquina na velocidade ditada pelocomputador. O trecho de um programa em linguagem assembly a seguir também somao pagamento de horas extras ao salário base e armazena o resultado em pagamentobruto, porém isto é feito de uma forma mais clara do que o programa equivalente emlinguagem de máquina.LOAD BASEADDEXTRASTORE BRUTOO uso do computador aumentou rapidamente com o advento das linguagensassembly, mas elas ainda exigiam muitas instruções para realizar mesmo as tarefas maissimples. Para acelerar o processo de programação, foram desenvolvidas linguagens dealto nível, nas quais podiam ser escritas instruções simples para realizar tarefas

fundamentais. Os programas tradutores que convertiam programas de linguagem de altonível em linguagem de máquina são chamados compiladores. As linguagens de altonível permitem aos programadores escrever instruções que se parecem com o idiomainglês comum e contêm as notações matemáticas normalmente usadas. Um programa defolha de pagamento em uma linguagem de alto nível poderia conter uma instrução comoesta:Bruto Base ExtraObviamente, as linguagens de alto nível são muito mais desejáveis do ponto devista do programador do que as linguagens de máquina ou assembly. O C e o C estãoentre as linguagens de alto nível mais poderosas e mais amplamente usadas.

1.7 A História do CO C foi desenvolvido a partir de duas linguagens anteriores, o BCPL e o B. OBCPL foi desenvolvido em 1967 por Martin Richards como uma linguagem paraescrever software de sistemas operacionais e compiladores. Ken Thompson modeloumuitos recursos em sua linguagem B com base em recursos similares do BCPL e usou oB para criar as primeiras versões do sistema operacional UNIX nas instalações do BellLaboratories em 1970, em um computador DEC PDP-7. Tanto o BCPL como o B eramlinguagens "sem tipos" ("typeless") — todos os itens de dados ocupavam uma "palavra"na memória e a responsabilidade de lidar com um item de dados como um númerointeiro ou real, por exemplo, recaía sobre os ombros do programador.A linguagem C foi desenvolvida a partir do B por Dennis Ritchie, do BellLaboratories, e implementada originalmente em um computador DEC PDP-11, em1972. De início o C se tornou amplamente conhecido como a linguagem dedesenvolvimento do sistema operacional UNIX. Hoje em dia, praticamente todos osgrandes sistemas operacionais estão escritos em C e/ou C . Ao longo das duas últimasdécadas, o C ficou disponível para a maioria dos computadores. O C independe dohardware. Elaborando um projeto cuidadoso, é possível escrever programas em C quesejam portáteis para a maioria dos computadores. O C usa muitos dos importantesconceitos do BCPL e do B ao mesmo tempo que adiciona tipos de dados e outrosrecursos poderosos.No final da década de 70, o C evoluiu e chegou ao que se chama agora de "Ctradicional". A publicação em 1978 do livro de Kernighan e Ritchie, The CProgramming Language, fez com que essa linguagem recebesse muita atenção. Estapublicação se tornou um dos livros de informática mais bem-sucedidos de todos ostempos.A rápida expansão do C em vários tipos de computadores (algumas vezeschamados de plataformas de hardware) levou a muitas variantes. Elas eram similares,mas freqüentemente incompatíveis. Isto foi um problema sério para os desenvolvedoresde programas que precisavam criar um código que fosse executado em váriasplataformas. Ficou claro que era necessário uma versão padrão do C. Em 1983, foicriado o comitê técnico X3J11 sob o American National Standards Committee onComputers and Information Processing (X3) para "fornecer à linguagem uma definiçãoinequívoca e independente de equipamento". Em 1989, o padrão foi aprovado. Odocumento é conhecido como ANSI/ISO 9899:1990. Pode-se pedir cópias dessedocumento para o American National Standards Institute, cujo endereço consta noPrefácio a este texto. A segunda edição do livro de Kernighan e Ritchie, publicada em1988, reflete esta versão, chamada ANSI C, agora usada em todo o mundo (Ke88).Dicas de portabilidade 1.1Como o C é uma linguagem independente de hardware e amplamentedisponível, as aplicações escritas em C podem ser executadas com poucaou nenhuma modificação em uma grande variedade de sistemascomputacionais.

1.8 A Biblioteca Padrão (Standard Library) do CComo você aprenderá no Capítulo 5, os programas em C consistem em módulosou elementos chamados funções. Você pode programar todas as funções de que precisapara formar um programa C, mas a maioria dos programadores C tira proveito de umexcelente conjunto de funções chamado C Standard Library (Biblioteca Padrão do C).Dessa forma, há na realidade duas partes a serem aprendidas no "mundo" do C. Aprimeira é a linguagem C em si, e a segunda é como usar as funções do C StandardLibrary. Ao longo deste livro, analisaremos muitas dessas funções. O Apêndice A(condensado e adaptado do documento padrão do ANSI C) relaciona todas as funçõesdisponíveis na biblioteca padrão do C. A leitura do livro de Plauger (P192) é obrigatóriapara os programadores que necessitam de um entendimento profundo das funções dabiblioteca, de como implementá-las e como usá-las para escrever códigos portáteis.Neste curso você será estimulado a usar o método dos blocos de construção paracriar programas. Evite reinventar a roda. Use os elementos existentes — isto é chamadoreutilização de software e é o segredo do campo de desenvolvimento da programaçãoorientada a objetos. Ao programar em C, você usará normalmente os seguintes blocosde construção: Funções da C Standard Library (biblioteca padrão) Funções criadas por você mesmo Funções criadas por outras pessoas e colocadas à sua disposiçãoA vantagem de criar suas próprias funções é que você saberá exatamente comoelas funcionam. Você poderá examinar o código C. A desvantagem é o esforçodemorado que se faz necessário para projetar e desenvolver novas funções.Usar funções existentes evita reinventar a roda. No caso das funções standard doANSI, você sabe que elas foram desenvolvidas cuidadosamente e sabe que, por estarusando funções disponíveis em praticamente todas as implementações do ANSI C, seusprogramas terão uma grande possibilidade de serem portáteis.Dica de desempenho 1.1Usar as funções da biblioteca standard do C em vez de você escrever suaspróprias versões similares pode melho rar o desempenho do programaporque essas funções foram desenvolvidas cuidadosamente por pessoaleficiente.Dicas de portabilidade 1.2Usar as funções da biblioteca padrão do C em vez de escrever suaspróprias versões similares pode melhorar a porta bilidade do programaporque essas funções estão colocadas em praticamente todas asimplementações do ANSI C.

1.9 Outras Linguagens de Alto NívelCentenas de linguagens de alto nível foram desenvolvidas, mas apenas algumasconseguiram grande aceitação. O FORTRAN (FORmula TRANslator) foi desenvolvidopela IBM entre 1954 e 1957 para ser usado em aplicações científicas e de engenhariaque exigem cálculos matemáticos complexos. O FORTRAN ainda é muito usado.O COBOL (COmmon Business Oriented Language) foi desenvolvido em 1959por um grupo de fabricantes de computadores e usuários governamentais e industriais.O COBOL é usado principalmente para aplicações comerciais que necessitam de umamanipulação precisa e eficiente de grandes volumes de dados. Hoje em dia, mais demetade de todo o software comercial ainda é programada em COBOL. Mais de ummilhão de pessoas estão empregadas como programadores de COBOL.O Pascal foi desenvolvido quase ao mesmo tempo que o C. Ele destinava-se aouso acadêmico. Falaremos mais sobre o Pascal na próxima seção.

1.10 Programação EstruturadaDurante os anos 60, enormes esforços para o desenvolvimento de softwareencontraram grandes dificuldades. Os cronogramas de desenvolvimento de softwarenormalmente estavam atrasados, os custos superavam em muito os orçamentos e osprodutos finais não eram confiáveis. As pessoas começaram a perceber que odesenvolvimento era uma atividade muito mais complexa do que haviam imaginado. Aatividade de pesquisa dos anos 60 resultou na evolução da programação estruturada —um método disciplinado de escrever programas claros, nitidamente corretos e fáceis demodificar. Os Capítulos 3 e 4 descrevem os fundamentos da programação estruturada.O restante do texto analisa o desenvolvimento de programas em C estruturados.Um dos resultados mais tangíveis dessa pesquisa foi o desenvolvimento dalinguagem Pascal de programação pelo Professor Nicklaus Wirth em 1971. O Pascal,que recebeu este nome em homenagem ao matemático e filósofo Blaise Pascal, queviveu no século XVII, destinava-se ao ensino da programação estruturada em ambientesacadêmicos e se tornou rapidamente a linguagem preferida para a introdução àprogramação em muitas universidades. Infelizmente, a linguagem carecia de muitosrecursos necessários para torná-la útil em aplicações comerciais, industriais egovernamentais, e portanto não foi amplamente aceita nesses ambientes. Possivelmentea história registra que a grande importância do Pascal foi sua escolha para servir de basepara a linguagem de programação Ada.A linguagem Ada foi desenvolvida sob a responsabilidade do Departamento deDefesa dos EUA (United States Department of Defense, ou DOD) durante os anos 70 einício dos anos 80. Centenas de linguagens diferentes estavam sendo usadas paraproduzir os imensos sistemas de comando e controle de software do DOD. O DODdesejava uma única linguagem que pudesse atender a suas necessidades. O Pascal foiescolhido como base, mas a linguagem Ada final é muito diferente do Pascal. Alinguagem Ada recebeu este nome em homenagem a Lady Ada Lovelace, filha do poetaLorde Byron. De uma maneira geral, Lady Lovelace é considerada a primeira pessoa domundo a escrever um programa de computador, no início do século XIX. Umacaracterística importante da linguagem Ada é chamada multitarefa (multitasking); istopermite aos programadores especificarem a ocorrência simultânea de muitas atividades.Outras linguagens de alto nível amplamente usadas que analisamos — incluindo o C e oC — permitem ao programador escrever programas que realizem apenas umaatividade. Saberemos no futuro se a linguagem Ada conseguiu atingir seus objetivos deproduzir software confiável e reduzir substancialmente os custos de desenvolvimento emanutenção de software.

1.11 Os Fundamentos do Ambiente CTodos os sistemas C são constituídos geralmente de três partes: o ambiente, alinguagem e a C Standard Library. A análise a seguir explica o ambiente típico dedesenvolvimento do C, mostrado na Figura 1.1.Normalmente os programas em C passam por seis fases para serem ex

Sumário 1.1 Introdução 1.2 O que É um Computador? 1.3 Organização dos Computadores 1.4 Processamento em Lotes (Batch Processing), Multiprogramação e Tempo Compartilha do (Timesharing) 1.5 Computação Pessoal, Computação Distribuída e Computação Cliente/Servidor 1.6 Linguagens de Máquina, Linguagens Assembly e Linguagens de Alto nível. 1.7 A História do C